4.5 Reihungen und Zeichenketten Reihungen (Arrays)

Transkript

1 4.5 Reihungen und Zeichenketten Reihungen (Arrays) Beipiel: Algorithmus Wechselgeld 3 Führe folgende Schritte der Reihe nach aus: 1.Berechne d = 100 r und setze w = (). 2S 2.Solange d 5: Vermindere d um 5 und nimm 5 zu w hinzu. 3.Falls d 2, dann vermindere d um 2 und nimm 2 zu w hinzu. 4.Falls d 2, dann vermindere d um 2 und nimm 2 zu w hinzu. 5.Falls d 1, dann vermindere d um 1 und nimm 1 zu w hinzu. Umsetzung in Java? Ausgabe: Array in denen entsprechend viele 5er, 2er und 1er stehen Problem: wir wissen vorher nicht genau, wie viele Scheine/Münzen wir zurück geben, d.h. wie lang das Array sein wird Lösung: wir merken uns, wie viele 5er, 2er und 1er wir jeweils ausgeben Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 166

2 4.5 Reihungen und Zeichenketten Reihungen (Arrays) public static int[] wechselgeld(int betrag) { int fuenfer = 0; // Wieviel i 5er int zweier = 0; int einser = 0; int diff = 100 betrag; // Wieviel 2er // Wieviel 1er while(diff >= 5) { diff = diff 5; fuenfer++; } while(diff >= 2) { diff = diff 2; zweier++; } if(diff == 1) { einser++; } } // Ergebnis-Array erzeugen int[] erg = new int[fuenfer+zweier+einser]; for(int i=0; i<fuenfer; i++) { erg[i] = 5; } for(int i=fuenfer; i<fuenfer+zweier; i++) { erg[i] = 2; } for(int i=fuenfer+zweier; i<fuenfer+zweier+einser; i++) { erg[i] = 1; } return erg; Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 167

3 4.5 Reihungen und Zeichenketten Reihungen (Arrays) Da auch Arrays einen bestimmten Typ haben z.b. gruss : char[] kann man auch Reihungen von Reihungen bilden. Mit einem Array von Arrays lassen sich z.b. Matrizen modellieren: int[] m0 = {1, 2, 3}; int[] m1 = {4, 5, 6}; int[][] m = {m0, m1}; Daher heißen diese Gebilde auch mehrdimensionale hdi i Arrays. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 168

4 4.5 Reihungen und Zeichenketten Zeichenketten (Strings) Offensichtlich sind Arrays über dem Typ CHAR bzw. char Zeichenketten (Strings) Java stellt einen eigenen Typ String für Zeichenketten zur Verfügung, d.h. es gibt eine eigene Sorte (mit Operationen) für Zeichenketten in Java, wir können mit diesem Typ ganz normal arbeiten In der Deklaration und Initialisierung public static String gruss = "Hello, World!"; entspricht der Ausdruck "Hello, World!" einer speziellen Schreibweise für ein konstantes Array char[13], das in einen Typ String gekapselt gekapselt wird. Achtung: Die Komponenten dieses Arrays können nicht mehr (durch Neuzuweisung) geändert werden. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 169

5 4.5 Reihungen und Zeichenketten Zeichenketten (Strings) Der Typ String ist kein primitiver Typ, sondern eine Klasse von Objekten, ein sog. Objekttyp. Werte dieses Typs können aber wie bei primitiven Typen durch Literale gebildet werden (in eingeschlossen). Beispiele für Literate der Sorte String in Java: "Hello, World!" "Kroeger" "Guten Morgen" Literale und komplexere Ausdrücke vom Typ String können durch den (abermals überladenen!) Operator + konkateniert werden. "Guten Morgen"+" "+"Kroeger" ergibt die Zeichenkette "Guten Morgen Kroeger" Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 170

6 4.5 Reihungen und Zeichenketten Zeichenketten (Strings) Die Klasse String bietet verschiedene Operationen (dahinter stehen statische Methoden) Typcast, um aus primitiven Typen Strings zu erzeugen: static String valueof(boolean b) static String valueof(char c) static String valueof(char[] c) static String valueof(int i) static String valueof(long l) static String valueof(float f) static String valueof(double d) Bei der Konkatenation (z.b. "Note: "+1.0) werden diese Methoden (hier: static String valueof(double d)) implizit verwendet. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 171

7 4.5 Reihungen und Zeichenketten Zeichenketten (Strings) Da es sich intern um ein Array handelt, gibt es auch die beiden Operationen Länge der Zeichenkette durch die Methode int length(). Die Methode char charat(int index) liefert das Zeichen an der gegebenen Stelle des Strings. Das erste Element hat den Index 0. Das letzte Element hat den Index length() - 1. Beispiel: der Ausdruck "Hello, World!".length hat den Wert: 13 der Ausdruck "Hello, World!".charAt(12) hat den Wert:! Hinweis: Es sgbt gibt noch viele eeweitere eteeopeato Operationen e auf dem Typ ypstring, die dewir uns später nochmal anschauen. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 172

8 4.5 Reihungen und Zeichenketten Zeichenketten (Strings) Nun verstehen Sie auch endlich offiziell den Parameter der main- Methode eines Java Programms In Programmbeispielen haben wir bereits die main-methode gesehen. Sie ermöglicht das selbständige Ausführen eines Programmes. Der Aufruf java KlassenName führt die main-methode der Klasse KlassenName aus (bzw. gibt eine Fehlermeldung falls, diese Methode nicht existiert). Die main-methode hat immer einen Parameter, ein String-Array, meist als Eingabe-Variablen args. Dies ermöglicht das Verarbeiten von Argumenten, die über die Kommandozeile übergeben werden. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 173

9 4.5 Reihungen und Zeichenketten Zeichenketten (Strings) Der Aufruf java KlassenName <Eingabe1> <Eingabe2> <Eingabe_n> füllt das String-Array (Annahme, der Eingabeparameter heißt args) automatisch mit den Eingaben: args[0] = <Eingabe1> args[1] = <Eingabe2> args[n-1] = <Eingabe_n> Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 174

10 4.5 Reihungen und Zeichenketten Zeichenketten (Strings) Beispiel für einen Zugriff der main-methode auf das Parameterarray: Dadurch ist eine vielfältigere Verwendung möglich: java Gruss "Hello, World!" java Gruss "Hallo, Welt!" java Gruss "Servus!" Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 175

11 Übersicht 4.1 Ausdrücke 4.2 Funktionale Algorithmen 4.3 Anweisungen 4.4 Imperative Algorithmen 4.5 Reihungen und Zeichenketten 46Z 4.6 Zusammenfasung: Funktionale und imperative Algorithmen in Java Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 176

12 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Klassen (so wie wir sie bisher kennen: mit statischen Methoden und Klassenvariablen) sind ausführbar, wenn sie eine main-methode enthalten Klassen können aber auch keine main-methode enthalten, dann stellen sie offenbar verschiedene Algorithmen (in Form anderer statischer Methoden) zur Verfügung. Beispiel: die Klasse Kreis (siehe Folie 140) stellt die globale Konstante PI und die Methoden kreisumfang und kreisflaeche zur Verfügung. Klassen stellen ein wichtiges Strukturierungskonzept in Java dar: Algorithmen (Methoden) und globale Größen, die konzeptionell zusammen gehören, werden innerhalb einer Klasse definiert. Andere Klassen/Programme können diese Algorithmen dann benutzen Das Strukturierungskonzept der Klasse wird oft auch Modul genannt und gibt es so (oder so ähnlich) in den meisten Programmiersprachen Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 177

13 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Bei großen Programmen entstehen viele Klassen (und sog. Schnittstellen, die wir später kennenlernen). Um einen Überblick über diese Menge zu bewahren, wird ein zusätzliches Strukturierungskonzept benötigt, das von den Details abstrahiert und die übergeordnete Struktur verdeutlicht. Ein solches weiteres, übergeordnetes Strukturierungskonzept stellen die Pakete (packages) dar. Packages erlauben es, Komponenten zu größeren Einheiten zusammenzufassen. Die meisten Programmiersprachen bieten dieses Strukturierungskonzept (teilweise unter anderen Namen) an. Packages gruppieren Klassen, die einen gemeinsamen Aufgabenbereich haben. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 178

14 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Packages dienen in Java dazu, große Gruppen von Klassen, die zu einem gemeinsamen Aufgabenbereich gehören, zu bündeln, potentielle Namenskonflikte zu vermeiden, Zugriffe und Sichtbarkeit zu definieren und kontrollieren, eine Hierarchie von verfügbaren Komponenten aufzustellen. Jede Klasse in Java ist Bestandteil von genau einem Package. Ist eine Klasse nicht explizit einem Package zugeordnet, dann gehört es implizit zu einem Default-Package. Packages sind hierarchisch gegliedert, können also Unterpackages enthalten, die selbst wieder Unterpackages enthalten, usw. Die Package-Hierarchie wird durch Punktnotation ausgedrückt: package.unterpackage1.unterpackage2.....klasse Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 179

15 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Der vollständige Name einer Klasse besteht aus dem Klassen-Namen und dem Package-Namen (konventionell aus Kleinbuchstaben): packagename.klassenname Um eine Klasse verwenden zu können, muss angegeben werden, in welchem Package sie sich befindet. Mögliche Alternativen: Beim Aufruf einer Methode einer anderen Klasse wird der volle Namen der Klasse angehängt: packagename.klassenname.methode( ); Am Anfang des Programms werden die gewünschten Klassen mit Hilfe einer import-anweisung eingebunden: import packagename.klassenname; methode( ); Achtung: Werden zwei Klassen gleichen Namens aus unterschiedlichen Packages importiert, müssen die Klassen trotz import-anweisung mit vollem Namen aufgerufen werden! Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 180

16 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Klassen des Default-Packages können ohne explizite import- Anweisung bzw. ohne vollen Namen verwendet werden. Wird in der import-anweisung eine Klasse angegeben, wird genau diese Klasse importiert. Alle anderen Klassen des entsprechenden Packages bleiben unsichtbar. Will man alle Klassen eines Packages auf einmal importieren, kann man dies mit der folgenden import-anweisung: import packagename.*; Achtung: Es werden dabei wirklich nur die Klassen aus dem Package packagename eingebunden und nicht etwa auch die Klassen aus Unter-Packages von packagename. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 181

17 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Ein eigenes Package mypackage wird angelegt, g indem man vor eine Klassendeklaration und vor den import-anweisungen die Anweisung package mypackage; platziert. Es können beliebig viele Klassen (jeweils aber mit unterschiedlichen Namen) mit der Anweisung package mypackage; im selben Package gruppiert werden. Um Namenskollisionen bei der Verwendung von Klassenbibliotheken unterschiedlicher Hersteller zu vermeiden, ist es Konvention, für Packages die URL-Domain der Hersteller in umgekehrter Reihenfolge zu verwenden, z.b. com.sun. für die Firma Sun, de.lmu.ifi.dbs. für den DBS-Lehrstuhl an der LMU. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 182

18 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Wie bereits erwähnt, muss die Deklaration einer Klasse X in eine Datei X.java geschrieben werden. Darüberhinaus müssen alle Klassendeklarationen (also die entsprechenden.java-dateien) eines Packages p in einem Verzeichnis p liegen. Beispiel: Die Datei Klasse1.java mit der Deklaration der Klasse package1.klasse1 liegt im Verzeichnis package1. Die Datei Klasse2.java mit der Deklaration der Klasse package1.unterpackage1.klasse2 liegt im Verzeichnis package1/unterpackage1. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 183

19 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Wir hatten bereits ein Schlüsselwort zur Spezifikation der Sichtbarkeit von Klassen und Klassen-Elementen (globale Variablen / statische Methoden) kennengelernt : public Klassen und delemente mit der Sichtbarkeitspezifiktion i ifik i public sind von allen anderen Klassen (insbesondere auch Klassen anderer Packages) sichtbar und zugreifbar. Darüberhinaus gibt es weitere Möglichkeiten; eine davon ist private Klassen und Elemente mit der Sichtbarkeitsspezifikation private sind nur innerhalb der eigenen Klasse (also auch nicht innerhalb möglicher anderer Klassen des selben Packages) sichtbar und zugreifbar. Klassen und Elemente, deren Sichtbarkeit nicht durch ein entsprechendes Schlüsselwort spezifiziert ist, erhalten per Default die sogenannte package scoped (friendly) Sichtbarkeit: Diese Elemente sind nur für Klassen innerhalb des selben Packages sichtbar und zugreifbar. Bemerkung: es gibt eine weitere Möglichkeit (protected), die wir mal wieder später kennenlernen Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 184

20 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Beispiel: Datei Kreis.java im Verzeichnis kreis package keis; public class Kreis { public static final double PI = ; public static double kreisumfang(double radius) { } return 2 * PI * radius; } public static double kreisflaeche(double radius) { } return PI * radius * radius; Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 185

21 4.6 Algorithmen in Java Strukturierung von Programmen Beispiel: Datei KreisRechnung.java im Verzeichnis test package test; import kreis.kreis; public class KreisRechnung { public static void main(string[] args) { System.out.println( Mit pi= +Kreis.PI+ ergeben sich folgende Werte:); System.out.println(); } } for(int 1 0; i<=10;i++) { double radius = (double) i; double flaeche = kreisflaeche(radius); double umfang = kreisumfang(radius); System.out.println( Radius: +radius+ ergibt:) System.out.println( Flaeche: +flaeche); System.out.println( Umfang: +umfang); System.out.println( ); t tl } Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 186

22 4.6 Algorithmen in Java Zusammenfassung Java implementiert grundsätzlich eine imperative Auffassung von Algorithmen, d.h. Algorithmen als Mengen von Anweisungen, die nacheinander abgearbeitet werden und dabei Zustände verändern Java stellt eine Menge an Grunddatentypen und Operatoren über diese Datentypen als Sorten/Operatoren zur Verfügung Ausdrücke können über diese Operatoren,die Elemente der Grunddatentypen sowie typisierten Variablen gebildet werden Anweisungen können u.a. aus Ausdrücken mit Nebeneffekten, Variablendeklarationen, Verzweigungen, Iterationen, ti etc. gebildet werden; mehrere Anweisungen können zu Blöcken zusammengefasst werden Algorithmen werden als (statische) Methoden notiert, dadurch wird von den Eingabedaten abstrahiert, die Algorithmen sind beliebig wiederverwendbar; ein Methodenaufruf ist auch wieder eine Anweisung Klassen stellen Funktionalitäten durch Methoden und globale Variablen zur Verfügung; eine Klasse, die eine main-methode enthält ist ausführbar Packages dienen zur Strukturierung meherer Klassen. Einführung in die Programmierung 4. Funktionale & imperative Programmierung 187